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环球科学@意识是什么？延续数千年的谜题，正在接近破解环球科学2020-07-24 10:36:530阅( 二 )


假如在做这个实验的同时 ， 也用磁共振成像仪扫描脑部活动 ， 你会发现此时有一系列脑区被激活了 ， 这些区域统称为后侧热区（posterior hot zone） 。 这些脑区位于皮层后侧的顶叶、枕叶和颞叶区域 ， 我们最终看到的是什么 ， 与这些脑区的活动显著相关 。 有趣的是 ， 接受并传递从眼睛而来的视觉信息的视觉初皮层 ， 却并不体现受试者的主观所见 。 类似的结论可以拓展到听觉和触觉：听觉初皮层和触觉初皮层与听觉及触觉感受并不直接相关 。 反而是这些脑区的下游系统——那些后侧热区 ， 与意识感知对应 ， 例如你看到的是特朗普还是克林顿 。
环球科学@意识是什么？延续数千年的谜题，正在接近破解环球科学2020-07-24 10:36:530阅
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图1/2更有启发意义的是两类来自临床的证据：一类是对皮层组织施以电刺激 ， 另一类是对因受伤或患病而使特定脑区受损的病人的研究 。 比如 ， 在摘除脑肿瘤或是癫痫病灶之前 ， 神经外科医生会直接对附近的皮层组织施行电刺激 ， 以探测它们的功能 。 刺激后侧热区 ， 会引起一系列感觉和感受 ， 例如闪光、几何图形、变形的面孔、幻听或幻视、熟悉感或不真实感、移动身体某部分的冲动 ， 等等 。 刺激前侧皮层则不会出现这些现象：大致来说 ， 前侧皮层不会诱发直接感受 。
另外一些线索来自20世纪前叶的神经疾病患者 。 当时的外科医师为了摘除肿瘤或治疗癫痫 ， 有时不得不切掉患者的一大片前额叶皮层 。 令人称奇的是 ， 术后 ， 这些患者的生活居然没有大的变化 。 虽然缺失一部分前额叶对患者造成了一些不良影响：他们无法抑制一些不好的情感或行为 ， 运动出现障碍 ， 无法自控地重复一些动作或话语 。 但是一段时间后 ， 他们的性格和智商都慢慢得到了恢复 ， 并且安然地生活了很多年 ， 没有任何迹象表明 ， 前额叶组织缺失对他们的意识体验有显著影响 。 相反 ， 假如后侧热区被移除 ， 即使面积很小 ， 也会导致患者丧失一些意识功能 ， 如无法辨识人脸 ， 或者无法感知运动、颜色或空间 。
所以 ， 似乎视觉、听觉等主观感觉和体验是后侧皮层产生的 。 事实上 ， 就我们目前所知 ， 所有意识体验均产自后侧皮层 。 那么 ， 这个区域和前额皮层到底有哪些不同？答案我们还不知道 。 不过让人兴奋的是 ， 最近的一项发现似乎暗示 ， 神经科学家已经接近答案了 。
意识测量仪
医学领域需要一种能可靠检测受伤或者无行为能力的病人是否拥有意识的仪器 。 例如 ， 在手术过程中 ， 需要对病人施以麻醉 ， 让他们无法运动 ， 保持血压稳定 ， 没有痛觉和相关记忆 。 不幸的是 ， 这一目标并不总能实现 ， 在美国 ， 每年都有数百个病人在麻醉时依然有一定程度的知觉 。
另一类对象是那些因事故、感染或中毒导致严重脑损伤的患者 ， 他们中的很多人可以生存很多年 ， 但无法说话或是对外界的声音做出回应 。 在临床研究中 ， 探测这些病人的知觉极具挑战性 。 想象一个宇航员漂浮在太空中 ， 虽然能听到发射中心不断尝试与自己建立通信 ， 但由于通话系统故障 ， 他却无法做出回应 ， 仿佛已经不存在于这个世界一般 。 这种绝望正是那些因大脑受损而无法与外界交流的患者的体验 ， 像是在孤独无助的深渊里挣扎 。
21世纪初 ， 威斯康星大学麦迪逊分校的朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）和马尔切洛·马西米尼（Marcello Massimini ， 现任职于米兰大学）开发了一种叫做“刺激-压缩”（zap and zip）的技术 ， 用来探测一个人是否有意识 。 他们把一个裹有保护套的线圈放置在病人头皮上 ， 穿透颅骨向大脑内输入一个磁脉冲信号 ， 在所刺激区域的神经元中诱导出电信号 。 这个扰动信号会影响到所有相连的其他神经元——可能是激活也可能是抑制 ， 并在整个皮层内反复回荡直到逐渐衰退 。 研究人员可以在病人颅骨外部用脑电图（electroencephalogram ， 简称EEG）记录这个过程中的大脑活动 。 记录到不同位置的信号变化后 ， 我们便得到了大脑活动的动态影像 。
这些影像既非有固定模式 ， 也非完全随机 。 有趣的是 ， 这些忽高忽低的大脑活动越是单调简单 ， 大脑就越可能处在无意识状态 。 于是研究人员沿着这条思路 ， 尝试把大脑活动像普通影片一样通过算法进行“压缩” ， 检验是否能够量化对应的“意识程度” 。 压缩后得到的“扰动复杂指数”（perturbational complexity index ， PCI）能够对大脑活动整体的复杂程度给出一个估计 。 研究发现 ， 受试者在清醒状态下的扰动复杂指数一般在0.31到0.70之间 ， 但是在深度睡眠或者麻醉状态下 ， 会降至0.31以下 。 马西米尼和托诺尼对48名大脑受损但意识清醒 ， 且能对外界作出反应的病人做了同样的测试 ， 发现每个病人的得分都在清醒状态的范围内 ， 与行为观察一致 。
研究者接着测量了81名处于最小意识状态或植物人状态的病人 。 最小意识状态的这组病人仍有一些非条件反射的行为 。 研究显示 ， 38名最小意识状态病人中有36名存在意识 ， 另外2名被误诊为无意识 。 对于43名处于植物人状态的病人 ， 之前的临床观察已经确认无法与他们建立沟通 ， 但是测试结果显示 ， 只有34名无意识 ， 另外9名患者是有意识的 。 他们的大脑对扰动刺激的响应模式与清醒对照组相似 ， 这或许说明他们依然存在意识 ， 只是无法和亲人交流 。


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